Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Hier geht's um Karla!
Markk
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Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von Markk » 19.09.2016, 21:58

Hallo

bin momentan am Evaluieren einer Fräse und da stösst man ja zwangsläufig auf die "Karla". Herzlichen Dank ans Forum und Karl für all die nützlichen Beiträge!

Habe Fragen in einem anderen Forum gestellt und KarlG hat freundlicherweise (wie immer sehr kompetent) geantwortet. Da haben sich Folgefragen entwickelt, die ich auf Einladung von Karl hier stellen möchte.

Einerseits möchte ich natürlich die üblichen Fräsarbeiten machen können bis hin zu stärkeren Aluteilen. Andererseits habe ich eben auch eine andere Idee:

Platinenbestückung (Pick and Place)

Es gibt die Open Source Lösung OpenPNP, siehe mal hier:
https://www.youtube.com/watch?v=Ril6AWOdqfg
https://www.youtube.com/watch?v=TZb9YtTLT1E
http://openpnp.org/

Wie man sieht, funktioniert das mit Computer Vision, man muss also spontan und zeitnah G-Code an die Maschine schicken können (keine vorgenerierten Programme), was eine Open Source Lösung bei der Steuerung nahe legt, weil (meines Wissens) alle kommerziellen Anbieter nur proprietäre Protokolle zu ihren Interfacekarten fahren. Also Arduino/GRBL, TinyG, TinyG2 Smoothieboard (mit externen Treibern natürlich) bis LinuxCNC. Wenn man dann schon alles selber konzipieren und verkabeln muss, liegt folgerichtig auch eine Bausatz-Fräse nahe.

Die Fräse muss auch möglichst schnell sein. Das ist die Karla, wie Karl (im andern Forum) treffend angemerkt hat.

Abgrenzung: ich will nur Prototypen und Kleinstserien bestücken und auch nur eine Platine so alle zwei, drei Monate. Da braucht es nicht die beste Performance. Ich will mich auch nicht mit einem automatisierten Bauteilenachschub beschäftigen (Tape Reels). Selbstverständlich sind "richtige" PnP Maschinen leichtgewichtiger gebaut, wesentlich schneller und haben automatische Tape Feeder.

https://www.youtube.com/watch?v=YjPGfoU1Ijo
https://www.youtube.com/watch?v=I-g8x98jmz0
http://www.charmhigh-tech.com/sale-7970 ... chine.html

Aber weil ich ja auch noch fräsen will, fehlt für zwei dedizierte Maschinen sowohl das Budget als auch der Platz in der Werkstatt. Der "Leidensdruck" ist aber gross: wir brauchen aktuell zu zweit von Hand 10 Stunden für die Bestückung einer Platine und bekommen Probleme mit der zerflossenen Lötpaste, siehe hier :cry: !

Das Adaptieren einer Fräse für OpenPNP sollte nicht allzu schwer sein, es gibt auch fertige Komponenten:
http://www.robotdigg.com/product/674/PN ... 11+Headset
http://www.robotdigg.com/product/675/Du ... 11+Headset

Was der Karla einzig fehlt ist die Breite. Bauteileauslage und Platine müssen nebeneinander Platz haben (vgl. Videos). Weil ich schon beim aktuellen Projekt über 150 verschiedene Teile bestücken muss (also 150 Teile-Streifen nebeneinander), gibt es die Idee ein Laufband bzw. einen Lineartisch mit den Bauteilen in Y-Richtung unter dem Portal durch zu bewegen, um die vorbereiteten Bauteile jeweils an die Platine heranzufahren :idea: . Das muss auch nicht sehr präzis sein, denn die Computer Vision erkennt ja die Teileposition. Das Heranfahren spart Weg und Zeit bei der Bestückung und wir können ein Sortiment auslegen, das grösser ist, als der Maschinentisch. Ausserdem sind die Verfahrwege dann X-lastig, so dass das das schwere Portal nur wenig bewegt werden muss und in X schnellere Beschleunigungen drin liegen (so hoffe ich). Plane übrigens Closed Loop / Hybrid.

Auch eine zweite Überlegung führt zum Wunsch nach einer "Karla Grande": ein zu langes Werkstück kann notfalls mehrmals in Y versetzt (oder umgedreht) aufgespannt werden. Wenn es hingegen zu breit ist, geht das nicht. Die Breite / das X der Fräse ist das wirklich "harte" Limit.

Dies führt mich zum Wunsch nach einer breiteren Karla und ich möchte herausfinden, ob sowas möglich, bezahlbar und (auch wichtig) in nützlicher Frist lieferbar wäre ...
... und auch ob sowas von anderen auch gewünscht würde??


Eine erste Idee wäre es doch, die Fräse "quadratisch, praktisch, gut" zu machen, also Spindel und Linearführungen in X und Y gleich lang zu machen. So könnte man vielleicht sogar dieselben Präzisions-Bauteile verwenden und so Kosten und Risiken bei Einkauf/Fertigung und Vorratshaltung sparen. Naja, wahrscheinlich ist's nicht so einfach, weil die Spindeln unterschiedlich gelagert sind, aber fragen tu ich halt mal.

(Ich nehme mal an, dass die Extrusionen und Platten weniger kritisch sind, zum Herstellen auf Sonderlänge)

Falls das nicht funzt und eh neue Präzisions-Bauteile benötigt werden, dann darf's dann auch noch breiter sein. 600mm X-Verfahrweg wären noch schöner.

Wie seht ihr das?
Wie siehst du das, Karl?

Vielen Dank
Markus

nobrett
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von nobrett » 19.09.2016, 22:43

Die größeren Schwestern der Karla gibt es bei EMS Moederl.

Gruß
Norbert

KarlG
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von KarlG » 19.09.2016, 22:51

Moin Markus,

das ist leider alles Andere als simpel und würde ein komplettes redesign des "Karla-Konzepts" bedeuten. D.h.: "Günstig" bzw. mit vertretbaren Mehrkosten zum aktuellen Bausatz kann man vergessen.

Die "Hürden":
- Y nach X zu adaptieren, würde nicht funktionieren, weil die Führungen/Spindeln unterschiedlich lang sind. Auf Y durchlaufend (Ende/Ende), auf X zwischen den Portalwangen. Da klafft also schonmal eine Differenz von 30mm (Führungen zu lang bzw. Spindel zu kurz).

- Portalbalken: Der ist aktuell 410mm lang (dann ca. 600mm). Das vervierfacht (!) die mittige Durchbiegung/Torsion unter Last und damit kann man vernünftige Alubearbeitung vergessen.

- Unterer Portalverbinder: Der ist bei den 410mm mit seinen 80mm Breite schon Grenzwertig (deswegen die Verstärkung) und würde bei 600 auch nicht mehr funktionieren.

- Stützweiten der Y-Wagen: DIe langen 25er haben eine Stützweite (erste zur letzten Kugel) von ca. 86mm. Bei einer Breite (Schienenabstand) von ca. 340mm ergibt sich so ein Verhältnis zum Drehpunkt (mittiger Antrieb) 340/2=170 : 86 ergo "gesunde" 2:1. Bei 600mm Breite dann ~300:86 ergo "ungesunde" 3,5:1. Das wäre vermutlich (ohne die anderen Krücken) noch erträglich, wenn das Portal entsprechend steif wäre; aber das hatten wir ja schon...

...man braucht also:
1. 2 neue Stirnplatten
2. EInen längeren Portalbalken
3. Einen längeren unteren Portalverbinder
4. Mindestens Spindel oder Führungen als Sondermaß

und hätte dann ein Resultat, was die Anforderungen nicht mehr erfüllt.

Ich denke mal drüber nach, ob Du anders an Dein Ziel kommen kannst; die Karla als Quermaschine umzukonstruieren ist (zumindest zu vertretbaren Kosten) nicht Zielführend.

Gruss
Karl

Achja: 5. Neue Querstreben für den Grundrahmen hatt ich noch vergessen
Zuletzt geändert von KarlG am 20.09.2016, 09:08, insgesamt 1-mal geändert.
Grund: Ergänzung

django013
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von django013 » 20.09.2016, 05:38

Moin Markus,

Dein Vorhaben (2 Maschinen zu verheiraten) halte ich für genauso unsinnig, wie die Idee, einen 3D-Drucker und eine Fräse zu verheiraten.
Bei einer Fräse geht es doch (primär) darum, ein Gebilde zu bauen, welches den statischen und dynamischen Bearbeitungskräften größtmöglichen Widerstand bietet. Geschwindigkeit ist eher nice to have.
Ganz anders beim 3D-Drucker und Pick&Place - bei beiden steht die Geschwindigkeit in Vordergrund. Bearbeitungskräfte treten so gut wie keine auf, dafür hat man mit dynamischen Effekten zu kämpfen.
So ist z.B. das CoreXY von der Theorie her zwar das beste Rezept, aber in der Praxis zeigt sich, dass die langen Riemen beim 3D-Druck zu Schwingungen führen, die sich in Wellen im Druckobjekt zeigen. Um diese Wellen weg zu bekommen, müsste man mit der Beschleunigung soweit runter gehen, dass ein Druck nicht mehr in endlicher Zeit fertig wird.
Bei Pick&Place kann man dagegen sagen, dass die dynamischen Schwingungen völlig jucke sind ;)
Es geht "nur" darum, schnell von A nach B zu kommen. Die Positionen sollten präzise erreicht werden. Was auf dem Weg zwischen den Positionen passiert, interessiert niemand. Also P&P ist ganz klar die Domane von CoreXY. Die Bauteile sind gewichtsmäßig auch vernachlässigbar, sodass die Z-Achse sehr schlank ausfallen könnte - auch sie könnte per Zahnriemen bewegt werden.
Einziges Problem bei P&P ist die Rotation der Z-Achse, um das Bauteil auf beliebige Positionen ausrichten zu können. Das erfordert evtl. etwas Hirnschmalz.

Also wenn Du wirklich ALU fräsen und P&P machen willst, dann hast Du 3 Möglichkeiten:
- Du baust ne Fräse (und ärgerst Dich bei jedem P&P Job)
- Du baust ein P&P Teil (und ärgerst Dich bei jedem Fräsjob)
- Du baust zwei Geräte und freust Dich bei jedem Job. Hier musst Du "nur" mit dem Finanzminister klar kommen :D

Gruß Reinhard

Markk
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von Markk » 20.09.2016, 08:54

Hallo Django013

ich müsst mir wohl auch ein zweites Untergeschoss buddeln. Die Platzverhältnisse werden schon bei einem Gerät zu schmerzhaften Einschränkungen führen. Ich weiss schon so nicht wohin mit dem Zeug, das jetzt an der Stelle steht, wo die Fräse dann mal hinkäme.

Ich verstehe deine Einwände. Es ist eine Frage der Abgrenzung. Ich werde immer nur sporadisch und einzeln Prototypen und Kleinstserien machen. Alles andere macht auch wegen des Bauteilenachschubs keinen Sinn. Dann müsste man in Richtung Tape Reels gehen und wenn schon mein jetziges Projekt 150 verschiedene Bauteile benötigt, wie sieht dann das nächste aus? PnP Maschinen mit 150 Reels sind schon ziemliche Brummer. Sowas kann ich mir eh nicht leisten. Sollte einmal die Stückzahl steigen, würde ich das dann eh besser in Auftrag geben, auch wegen der weiteren Stufen, wie einem professionellen Reflow etc.

Natürlich heisst diese Abgrenzung immer noch nicht, dass sowas Sinn macht. Es könnte ja auch eine Null-Lösung die einzige "vernünftige" Lösung sein.

Aber ich habe hier mal dokumentiert, welche Überlegungen und Zeitberechnungen ich mache. Das scheint mir mit einer flotten Fräse sinnvoll zu sein. Und auch Karl hat sich so in die Richtung geäussert.

Besser als 10 Stunden von Hand bestücken ist das sowieso!!

Gruss und Dank,
Markus

Markk
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von Markk » 20.09.2016, 09:09

nobrett hat geschrieben:Die größeren Schwestern der Karla gibt es bei EMS Moederl.
Hallo nobrett

da googlet man sich wund und sowas geht komplett unter dem Radar durch? Merkwürdig.

Sieht sehr interessant aus. Offensichtlich, das Herzblut! Schon fast zu anspruchsvoll. Diese Anleitungsfragmente online (es gibt ja dem Vernehmen nach keine aktuelle A-Z Montageanleitung) wenden sich offensichtlich an erfahrene Mechaniker mit anspruchsvoll ausgerüsteter Werkstatt. Das wäre ein steiler Einstieg. Aber vielleicht machen es sich andere Anleitungen (ich hab mal die von der Sorotec Compact Line studiert) auch schlicht "zu einfach"... hmmm.

Gruss,
Markus

nobrett
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von nobrett » 20.09.2016, 10:51

Gewisse mechanische Kenntnisse sind für den Aufbau sicher nicht von Nachteil, eine voll ausgerüstete Werkstatt braucht man aber sicher nicht. Es handelt sich ja um vorgefertigte Bausätze.

Das was Du vor hast ist in meinen Augen totaler Unfug, womit ich mich in die Reihe meiner Vorredner einreihe. Ich würde Dir raten, erst einmal jemand zu besuchen der eine stabile Fräse hat, um Dir ein Bild zu machen. Die dann mit einem Programm das mit höchster Beschleunigung und maximaler Geschwindigkeit kurze Strecken hin und her fährt laufen zu lassen und Dich dann zu fragen ob Du Dir das über mehrere Stunden anhören und ansehen kannst/willst. Ich könnte das nicht, für mich ist das furchteinflössend.

Bei PnP Maschinen sind die beweglichen Teile leicht gehalten um die bewegten Massen und damit die wirkenden Kräfte bei hohen Beschleunigungen nicht zu hoch werden zu lassen. Fräsen sollen viel mehr Masse bringen um das Schwingungsverhalten in den Griff zu kriegen und ausreichend steif zu sein. Das ist ein klarer Zielkonflikt, der nur zu untragbaren Kompromissen führen kann.

Gruß
Norbert

django013
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von django013 » 20.09.2016, 11:11

Hallo,
ch verstehe deine Einwände. Es ist eine Frage der Abgrenzung. Ich werde immer nur sporadisch und einzeln Prototypen und Kleinstserien machen.
Versteh mich bitte nicht falsch - ich will Dich nicht davon abhalten, Deine Ideen zu verfolgen und umzusetzen ...
... nur kenn ich etliche, die einfach mal anfangen und dann auf halbem Wege merken: Oups, hätt ich doch ...

um die Sinnhaftigkeit einer P&P-Maschine zu ergründen, müsstest Du schauen, was für Platinen Du machst und wieviel gleiche Bauteile Du pro Platine hast. Die 100n Kerkos werden sicherlich die Bauteile sein, die Du am häufigsten pro Platine findest, aber macht dafür ein P&P Sinn?
Du schreibst was von 10h von Hand bestücken und gleichzeitig redest Du von 150 Bauteilen ...
Keine Ahnung, aus welchem Bereich Du kommst, aber für 150 Bauteile würde ich keine 10h brauchen :shock:

Wenn Du mit 12m/s liebäugelst (und so hat der andere Beitrag ausgesehen) dann landest Du locker jenseits von 10k grob geschätzt. Die Fräse müsste nicht nur stabil, sondern auch richtig schwer werden. Das wäre ne schöne Fräse, aber bringt Dir der P&P-Job wirklich Einsparungen?
Mit der Bestückung an sich habe ich keine Probleme, eher mit dem Einlöten der Bauteile. Wenn Du ähnlich tickst, wäre die nächste Frage, wie kommt die bestückte Platine in den Ofen?
... und solange Du keine Serie fährst, fällt es mir schwer, die Einsparungen nachzuvollziehen.

Hast Du Dir schon Gedanken gemacht, wie Du die unterschiedlichen Bauteile anreichen willst?
Du sprichst Dich einerseits gegen rails aus, was aber die einzig sinnvolle Weise wäre, um eine definierte Ausgangslage zu erhalten. Wenn Du die Bauteile chaotisch auf einem Tablett anreichen willst, dann ist das schon eine Herausforderung für die optische Erkennung der Bauteile. Den Tip mit vdx und dem anderen Forum hast Du ja schon bekommen.

Mir erscheint das Ganze noch nicht wirklich durchdacht zu sein.
Aber gut - ich habe auch noch keinen P&P-Automaten gebaut.

Vielleicht kommst Du ja aus der Ecke und es ist für Dich ein Klacks?
Dann nehm ich alles zurück und freue mich auf Deinen Baubericht :)

Gruß Reinhard

KarlG
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von KarlG » 20.09.2016, 11:37

Leute, Leute....

...erstmal: Bitte lesen! Der Markus hat sich sehr wohl Gedanken gemacht (und zwar viele). Es geht nicht um die Bestückung von 150 Teilen, sondern 150 verschiednenen Teilen - aktuelles Projekt

Es geht auch nicht darum, eine Fräse in einem "optimalen" Bestückungsautomaten zu verwandeln, sondern darum, Zeit zu sparen und die Fehlerrate zu verringern. Das aller paar Wochen oder Monate mal für ein paar Stunden. Hauptproblem ist der PLATZ und dann erst die Kosten. D.h.: Mit "Gehirnschmalz" Prozesse zu optimieren und diese nicht einfach mit Geld zuzuschütten, wie das heute scheinbar üblich ist.

Eine kleine Fräse kann das locker leisten und der Kompromiss, den er braucht ist offensichtlich Bauraum zu (bewegter) Masse...

...das einzige wesentliche Problem, was ich sehe, sind die Alu-Späne in der Elektronikwerkstatt. Da muss er sich was ausdenken und natürlich auch die Beschickung.

Aber erstmal (Planung):
- ist das machbar?
- was würde es kosten?
- wo sind die Kompromisse und sind die hinnehmbar, oder nicht?

..alles Andere sind dann Folgeüberlegungen und das bevor man auch nur einen Cent (sinnlos) ausgegeben hat.

Ob eine Fräse als Bestückungsautomat konstruiert ist, ist dabei völlig nebensächlich. Die Frage ist, ob sie das leisten kann und ich bin der Meinung, dass das geht.

Gruss
Karl

django013
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Re: Nicht ganz so kleine robuste Fräse

Beitrag von django013 » 20.09.2016, 12:40

Hallo,
...erstmal: Bitte lesen! Der Markus hat sich sehr wohl Gedanken gemacht (und zwar viele).
Sorry, wenn das anders rüber kam. Den einen verlinkten Beitrag habe ich gelesen, nicht aber die ganze Diskussion.
RC-Network ist jetzt kein Forum, das ich ohne Leidensdruck lese.

Davon abgesehen - sind meine Fragen wirklich so abwegig?

Die Platine(n) sind sehr beeindruckend - keine Frage - trotzdem sei die Frage erlaubt, wieviel bei sowas ein P&P-Automat erleichtert. Ein Bestückungsautomat für einen Prototypen ist sicher schon overkill. Damit das Sinn macht, sollte eine Serie schon eine Mindeststückzahl erreichen.
Es geht auch nicht darum, eine Fräse in einem "optimalen" Bestückungsautomaten zu verwandeln, sondern darum, Zeit zu sparen und die Fehlerrate zu verringern. Das aller paar Wochen oder Monate mal für ein paar Stunden.
Hm, ich denke, das hatte ich schon verstanden.
Du hast doch selber schon Versuche mit 12m/s gemacht - liege ich da falsch, wenn ich schreibe, dass es bei der Geschwindigkeit auf ein möglichst schweres Fundament ankommt?
Um bei Platinengrößen bis 300mm überhaupt auf die Geschwindigkeit zu kommen, bzw. davon auch profitieren zu können, braucht man schon ordentliche Beschleunigungsrampen. Naja - und wenn ich mir vorstelle, dass die Fräse auch ALU fräsen können soll, dann wird das Portal an den 100kg kratzen (je nach Größe). Das ist schon ne Hausnummer, als bewegte Masse

Ich habe ja nicht geschrieben, dass es nicht möglich ist - gab ja schon öfters den Bau eines solchen Zwitters.
Ich wollte nur einen Denkanstoß geben, dass man sich im Vorfeld auch der Nachteile bewusst wird.

Kann mich auch wieder zurück halten. Kein Problem :)

Gruß Reinhard

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